高壓變頻裝置高壓瞬間失電問題的解決方案

　　摘要：針對JZE高壓變頻器在現(xiàn)場實際應(yīng)用的需要，對變頻器在運行中高壓瞬間失電9秒內(nèi)不停機，在30秒（可設(shè)定）內(nèi) 高壓恢復(fù)后，變頻器自動重啟機的功能實現(xiàn)進行闡述，簡述了JZE高壓變頻器的控制組成，詳細介紹PLC編程，人機界面設(shè)計。

　　關(guān)鍵詞：變頻器，PLC，飛車啟動 

　　1.引言：在節(jié)能降耗、保護環(huán)境作為國家工作重點的大環(huán)境下，最有效的節(jié)能產(chǎn)品高壓變頻器應(yīng)用越來越廣，為適應(yīng)用戶的各種要求，變頻器的功能日趨多樣化，但由于高壓變頻器大多應(yīng)用于比較重要的場合，此環(huán)節(jié)出問題會造成不同程度的損失，而在各種應(yīng)用場所，都存在高壓瞬間失電的情況，如工廠的兩路電源切換，電網(wǎng)出現(xiàn)故障瞬間恢復(fù)等，一般的高壓變頻器在輸入電壓跌落超過一定時間或是輸入掉電后變頻器便會保護停機，或者是最多支撐運行幾秒鐘后停機，此種現(xiàn)象在我國已發(fā)生多起并導(dǎo)致機組停機（包括一些應(yīng)用進口高壓變頻器在內(nèi)的一些實例）。POWERSMART系列高壓變頻器充分研究并考慮了此種因素的影響，在輸入跌落或者是輸入掉電后，只要是在設(shè)定的時間內(nèi)電壓恢復(fù)正常（最長可設(shè)定至30秒），能自行無沖擊啟動，將電機拖動至運行前的狀態(tài)，不會終止后續(xù)生產(chǎn)。因此變頻器具有“高壓瞬間失電再起動功能”是必要的。 

　　2. JZE高壓變頻器的控制組成 

　　控制基本組成框圖： 

　　控制單元柜主要由主控制器、溫控器、風機保護器、人機界面（彩色觸摸屏）、PLC、嵌入式微機、開關(guān)電源、EMI模塊、隔離變壓器、空氣開關(guān)、接觸器、繼電器、模擬量模塊、開關(guān)量模塊等組成。 
　　
　　主控制器，由總線板、電源單元、CPU單元、接口單元、3個相控單元及開關(guān)量、模擬量的輸入、輸出子模塊等組成。它是變頻器的控制核心，由兩片DSP及多片F(xiàn)PGA、CLPD等構(gòu)成，通過優(yōu)質(zhì)光纖將PWM信號傳送到功率單元中，從而實現(xiàn)了高可靠的控制。 
　　
　　溫控器，可以接3個感溫探頭，來測試切分變壓器的溫度，并提供告警或保護節(jié)點。 
　　
　　風機保護器，有3臺，用來監(jiān)控風機的缺相、過流等。其中，接功率單元柜的為2臺，切分變壓器柜1臺。 

　　PLC，內(nèi)置PID調(diào)節(jié)模塊和程序，可以實現(xiàn)閉環(huán)控制。它還含有模擬量、開關(guān)量模塊，其路數(shù)可根據(jù)用戶要求進行定制。 

　　人機界面，設(shè)在控制單元柜前門上，用來提供設(shè)置、監(jiān)視和切換等操作。它分別有數(shù)碼管方式和彩色觸摸屏方式兩種，根據(jù)用戶需求可進行選配，分別如下圖所示：   

液晶觸摸屏操作界面 

　　2. 高壓瞬間失電再起動功能特點 

　　高壓瞬間失電再起動功能應(yīng)具有以下兩個階段 

　　1.當變頻器在運行當中高壓瞬間失電再恢復(fù)時間在9秒內(nèi)，變頻器不停機，當高壓恢復(fù)后自動恢復(fù)到原設(shè)定頻率工作。 

　　2.當變頻器在運行當中高壓瞬間失電再恢復(fù)時間超過9秒，在30秒內(nèi)恢復(fù)，變頻器自動重啟動到設(shè)定頻率。 
　　
　　九洲電氣PowerSmart6000系列高壓大功率變頻器具有高壓掉電再恢復(fù)功能，可靠保證供電瞬時失電連續(xù)運行不跳閘（時間通過軟件可設(shè)定），變頻裝置瞬時失電后的5個周波之內(nèi)，變頻器運行不受任何影響；如果超過5個周波，在9秒內(nèi)，變頻器自動降額運行，待輸入電壓恢復(fù)正常后，自動重新提升輸出頻率到給定值。實現(xiàn)此功能 
　　
　　控制系統(tǒng)必須采用UPS不間斷電源供電，用于在任何狀態(tài)下，保持控制電源供電穩(wěn)定。UPS同時用于給功率單元內(nèi)的控制板電源，在高壓失電后，控制板能夠繼續(xù)保持運行。在變頻器短時高壓失電時，系統(tǒng)快速調(diào)節(jié)變頻器的運行頻率，使其在短時間內(nèi)下降到電機現(xiàn)有轉(zhuǎn)速的同步頻率，再從快速下降狀態(tài)調(diào)節(jié)為PID控制狀態(tài)，動態(tài)調(diào)節(jié)頻率下降速率，將電機從異步電動機的運行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒皆偕�發(fā)電機的狀態(tài)，將電機轉(zhuǎn)子存儲的飛輪動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�。在變頻器失電其間，保持電機再生異步發(fā)電機狀態(tài)運行，轉(zhuǎn)子中的飛輪動能轉(zhuǎn)換為電能維持系統(tǒng)的消耗。將電容陣列電壓作為關(guān)鍵進程點，通過對變頻器輸出頻率下降的速率調(diào)節(jié)，使電容陣列電壓保持在額定狀態(tài)。在變頻器高壓電源恢復(fù)后，變頻器自動跟蹤將輸出頻率快速向上調(diào)節(jié)，當測定電流方向變化時，穩(wěn)定頻率輸出延時，防止系統(tǒng)振蕩，最終將頻率升到失電前的數(shù)值。如果在高壓電源長時間超過9秒（時間可通過軟件設(shè)置）失電的情況下，變頻器自動停機，并輸出報警。此時進入第二判據(jù)，30秒內(nèi)高壓是否恢復(fù)，如果高壓恢復(fù)，則自動重啟動變頻器恢復(fù)到原設(shè)定頻率工作，此種情況下對于大慣性負載，電機處在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，變頻器必須具有飛車啟動功能才能實現(xiàn)。 
　　
　　對于第一階段，需要在DSP內(nèi)編程控制，第二階段則可以通過PLC編程實現(xiàn)。 

　　3.飛車啟動功能原理 
　　
　　九州電氣變頻器高壓變頻器“飛車啟動”功能采用的是無速度矢量傳感器的方式。我們采用的是把電機加入搜索電壓后產(chǎn)生的定子電流通過矢量分解，取出轉(zhuǎn)矩電流分量，借觀測轉(zhuǎn)矩電流分量間接觀測轉(zhuǎn)子頻率來實現(xiàn)。當定子旋轉(zhuǎn)磁場速度與電機轉(zhuǎn)子速度相同時，電機轉(zhuǎn)子速度既為同步轉(zhuǎn)速。此時，轉(zhuǎn)矩電流分量理論上應(yīng)等于零。但實際終在電機轉(zhuǎn)子頻率的搜索過程中，旋轉(zhuǎn)磁場角頻率是變化的。而矢量變換分解轉(zhuǎn)矩電流的變換關(guān)系式是對某一角頻率而言的，頻率搜索時變化補償也不可能無窮小